35kV集电线路设计流程及注意事项

集电线路设计

主要设计规程：《66kV及以下架空电力线路设计规范》；《35kV～500kV交流输电线路装备技术导则（南网企业标准）》；《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》；《交流电气装置的接地》；《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》；《云南省电力系统污区分布图册》；《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》；《架空送电线路基础设计技术规定》；《输电线路对电信线路危险和干扰影响防护设计规程》；《岩土工程勘察规范》；《建筑地基基础设计规范》；《建筑抗震设计规范》；《电力工程勘测安全技术规程》；《电力工程气象勘测技术规程》；《电力工程水文技术规程 》；《电力工程物探技术规程》；《送电工程概算编制细则》。

设计手册：《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》。 设计内容：可行性研究、初步设计、施工图设计。 可行性研究文件图纸：可研报告、系统接线图、路径图。

初步设计文件图纸：设计说明书及附图（说明书、路径图、升压站出线平面图、导线特性表、地线特性表、绝缘子串及金具组装图、接地装置图、杆塔一览图、基础一览图、短路电流计算、通信影响、间隙园图）、设备材料估算表、岩土工程报告、水文气象报告、概算书；设计人员主要负责完成第一、二册；勘测人员负责完成第三、四册；技经人员负责完成第五册。

《初步设计说明书》内容提要

1、总述：设计依据；设计规模及范围；建设单位、施工单位、运行单位和建设期限；主要技术特性；主要经济指标。

2、电力系统简介：线路在系统中的地位和作用；导线截面选择；两端变电所进出线的规划情况。

3、路径：升压站进出线说明；路径方案；方案比较及推荐方案（如有需要）；推荐方案的自然情况；路径协议情况（如有需要）。

4、机电部分：设计气象条件的确定；导线和地线；绝缘配合；防雷接地；绝缘子和金具；导线换位；导线对地及交叉跨越要求。

5、杆塔和基础：杆塔；基础；材料及防腐。

6、对通信线路的影响及防护：设计原则和依据；防护措施；协议情况。

7、OPGW部分说明

7.1、总论：设计依据；设计范围；设计原则

7.2、机电部分：设计气象条件；OPGW及普通光缆型号选择；光缆设计应力及防振措施；无金属阻燃光缆；光缆专用设备及金具

7.3、设备材料估算表 8、节能与环保措施

9、辅助设施：一般仅在概算中加计列辅助设施的费用。

施工图设计文件图纸：设计说明书及附图、材料汇总表、通信保护说明书、OPGW通信工程说明书；

施工图设计卷册总目录：

第一卷 总说明书及附图、设备材料汇总表

第一册 总说明书及附图：总说明书、路径图、升压站出线平面图、杆塔型式一览图、基础型式一览图、相序示意图、走廊拥挤地段平面图

第二册 设备材料汇总表：电气、结构 第二卷 平断面定位图及杆塔明细表 第一册 平断面定位图 第二册 杆塔明细表（电气） 第三册 基础明细表（结构） 第三卷 机电施工图 第一册 导线、地线安装表 第二册 金具串组装图 第三册 防雷保护及接地装置图 第四卷 杆塔施工图 第一册 直线塔结构图 第二册 耐张塔结构图 第三册 电缆终端塔结构图 第五卷 基础施工图

第一册 基础结构图：基础施工图、地脚螺栓加工及施工图 第二册 挡墙、护坡、堡坎及排水沟施工图

第六卷 通信保护施工图 第七卷 OPGW光缆施工图 第八卷 预算书

使用软件：道亨线路计算软件、送电线路计算程序、杆塔外负荷计算程序、道亨自立式铁塔计算软件、基础配置计算程序（国网的TFDP杆塔基础设计软件）。

外部条件：地质条件、水文气象条件、线路断面图、塔基断面图、路径协议（压覆矿、穿越）。

一、气象条件选定

按66kV及以下架空电力线路设计规范（GB50061-2010）中附件的表格进行组合即可，导地线设计风速主要是在计算杆塔荷载时用到。

二、杆塔基本呼高、安全系数及档距之间的关系

年平均张力按安全系数为4选取，可研确定呼高一般按下述方法：1、确定安全系数后，无冰区一般档距为风控制，如确定平均档距在250-400m之间后，计算最大弧垂，由于本工程地形条件较好，考虑对地距离即可；2、确定直线塔平均呼高：h=f+对地距离+悬垂绝缘子串长；3、确定耐张塔平均呼高：h=f+对地距离。可研文本上的计算结果是可行的，线路电气人员具体排塔位的时候，再对个别有交叉跨越的地方进行调整。

三、绝缘配合

间隙的确定；地线保护角必须满足规范的要求，如业主有特殊要求，可再提高标准。

四、金具及绝缘子

1、杆塔挂点形式：建议悬垂串、跳线串采用UB型挂板，耐张串采用U型挂环，在杆塔构造上已经有成熟的经验；

2、绝缘子型号及片数

按规程规定，计算绝缘子强度，选择绝缘子片数。 3、悬垂串校核

参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P602-P611所提供的方法。

4 耐张绝缘子串选择

耐张串一般采用双联串，按先前确定好的绝缘子强度配置双联串，参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P291-P300。

五、杆塔

1、可参考典型设计、国网南网均有通用设计；

2、斜柱基础和直柱基础：两种基础均属于大开挖基础，斜柱基础混凝土方量较小，施工工艺成熟，直柱基础（台阶式）混凝土方量较大，但是埋深浅，施工较为方便，如果有必要可采用原状土基础（掏挖基础、桩基础）

3、施工图阶段基础型式必须按地勘资料以及塔基断面来进行设计； 4、升压站架构、设备支架选择，必须满足集电线路进线的要求。 六、可研时需要确定的原则性问题

确定气象条件；导地线型号；最好按双地线设计，塔型采用目前用的比较多的杯型塔、猫头塔、干字型塔、伞型塔。

七、初步设计中应解决的问题，我以为最为关键的是确定气象条件，其余的部分都在此基础上进行。

重要问题

一、杆塔设计的一般流程：

（一）、确定技术原则，主要包括以下几个方面：基本风速、导线、地线、回路数、杆塔型式、地形条件、海拔高度、悬垂串型式。

（二）、进行杆塔规划，杆塔规划是杆塔设计的一项重要内容，对设计的经济性将产生重要影响。杆塔规划必须技术上可行、经济上合理，使其在工程的应用中杆塔的利用系数尽量接近1.0，取得较好的经济效益。

杆塔规划的具体方案是：

(1)包含两大类杆塔，分别是悬垂型直线杆塔和耐张型转角杆塔，耐张型杆塔包括普通转角塔和终端塔。

(2) 单、双回路杆塔划分原则如下： 1) 直线塔

单、双回路按1直线塔，如有必要单、双回路各设计一种跨越塔。 2) 耐张塔

单、双回路均按4转角塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和 60～90°(兼终端)四个角度系列，选取终端转角塔兼作分歧塔。

(3) 所有铁塔呼称高统一为3的倍数，级差按3m考虑。

(4) 直线塔按“塔高每降低一定高度，杆塔水平档距相应增大一定百分比”的设计方法，直线塔在一定呼称高范围内，最小水平档距值对应最高的呼称高，水平档距随着呼称高的降低而变大。在设计每个直线塔型时，对不同呼称高对应一定的水平档距值都进行外负荷计算和结构计算，使得同一直线塔型的不同呼称高的铁塔总体受力接近。

确定呼称高按照每降低6m进行一次水平档距的折算，一般来说，每次折算的水平档距增大百分比约为5%～8%，以各呼称高共用段主材规格相同为宜。

（三）、进行塔头设计：绝缘配合、绝缘子片数和串长、空气间隙取值、间隙圆设计、防雷保护、塔头布置、联塔金具等。

（四）、杆塔荷载：气象条件的重现期（可按30年）、基本风速离地高度（10m）、杆塔荷载计算。

（五）、杆塔结构设计，杆塔结构设计的主要方法：采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，结构的极限状态是指结构或构件在规定的各种荷载组合作用下或在各种变形或裂缝的限值条件下，满足线路安全的临界状态。极限状态分为承载力极限状态和正常使用极限状态。目前应用比较广泛的计算软件是道亨。

（六）、杆塔制图，一般委托给专业的绘图公司。 二、针对集电线路工程设计需要注意的问题 （一）、关于档距的问题

集电线路工程地形条件一般较差，基本为山地：

1、水平档距的确定：为提高档距利用率，水平档距可选择与平均档距大概一致；

2、垂直档距的确定：选择为水平档距的1.5倍；

3、最大档距的确定：一般不超过直线塔水平档距的2倍； 4、代表档距的确定：直线塔可按350m，耐张塔可按250m/450m； 5、直线塔Kv值的确定：主要为计算悬垂串最大风偏角用，可选择为0.8； 6、针对地形高差起伏比较大的山区，规划中垂直档距采用最大弧垂下的垂

直档距，计算杆塔荷载时可以折算到各种工况下不同的垂直荷载；

7、导线张力是应按确定的安全系数选择最大张力；

8、向结构专业提供导、地线荷载时，应按各种挂线高度情况下导、地线平均高度分别提供；断线张力和不平衡张力可按现行规程的规定来取值；

9、上拔时垂直档距选用负值，一般按25:75设计；

10、校核最大使用档距时，代表档距按实际使用的代表档距校核； 11、铁塔挂点常用型式：直线塔的导线挂点按单挂点和双挂点进行设计，双挂点间距为400mm；耐张塔导线、地线采用单挂点；联塔金具应转动灵活且受力合理，其强度应高于串内其他金具强度，悬垂串、跳线串联塔金具横线路方向设置，采用UB挂板；耐张串联塔金具采用U型挂环；

12、目前用的较多的是：双回路无冰区一般采用伞型铁塔，单回路直线一般采用杯型塔、猫头塔，单回路耐张塔一般采用干字型塔；跨越塔的使用条件比较大，呼高较高，主要做跨越河谷、山沟用。

（二）、杆塔型式及选用的问题

单回路直线塔可分导线水平排列的酒杯塔和三角形排列的猫头塔，应充分气象条件、走廊宽度、地形条件等各种因素影响，酒杯塔占用走廊宽、但是经济指标要好，猫头塔则相反；单回路耐张塔主要采用干字型塔；

双回路的直线塔和耐张塔可采用伞型塔。 （三）、导、地线安全系数的问题

导线安全系数按规程选择，地线安全系数根据导地线配合结果选择。 （四）、新线系数的问题

一般采用降温安装来抵消新线延伸的影响，计算时可乘以新线系数，导线取为0.95，地线可按厂家提供数字，一般约为0.9。

（五）、导、地线平均高度的问题

平均高度h=h呼-2/3f（f为计算工况下的弧垂）；

导、地线悬挂点高度的问题，在进行电气力学计算时，不用考虑，计算杆塔荷载时才考虑。

（六）、有风工况下最低点应力的问题

参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P179-P198中论述。 （七）、应力、弧垂计算方法的问题

按悬链线公式计算应力、弧垂；确定了OPGW的安全系数后，计算方式同普通钢绞线相同。

（八）、孤立档应力弧垂和安装曲线问题

参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P179-P198中论述，应按龙门架的控制张力来选择控制应力。

（九）、过牵引、杆塔中心位移、连续倾斜悬垂线夹位置调整问题 过牵引计算可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P179-P198中论述；

杆塔中心位移可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P608中论述；

连续倾斜悬垂线夹位置调整可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P212-P214中论述。

（十）、跳线计算问题

可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P108-P113中论述。 （十）、平衡高绝缘问题

平衡高绝缘配，指在正常绝缘水平计算出绝缘子片数的基础上，增加绝缘子片数，绝缘水平按增加绝缘子片数后校核。

（十一）、防振设计问题

可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P218-P223中论述。 （十二）、间隙圆设计问题

可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P104-P114中论述，由于间隙圆图对杆塔设计具有决定性的影响，原来南网标准化设计的一些计算方法。

(1) 悬垂串风偏角计算

单回直线塔统一取下层横担悬垂绝缘子串风偏角来规划整个塔头(导线平均高度一般取15m，如有必要跨越塔的导线平均高度取35m)。

双回路直线塔统一取中层横担悬垂绝缘子串风偏角来规划整个塔头。即计算风偏角时，导线张力仍按平均高度的风速计算，而导线的风压需考虑换算至中层导线的平均高度(该换算高度宜取中、下导线层高)，悬垂绝缘子串的风压按中层横担的高度计算。

风压不均匀系数α应根据计算工况的设计基本风速值选取。当风速≥27 m/s时，α取0.61；当20≤风速<27 m/s时，α取0.75；当风速<20m/s时，α取1.0。对跳线计算，风压不均匀系数取1.0。

间隙圆采用复合绝缘子串的风偏角绘制。复合绝缘子的风压取对应玻璃绝缘子片数(按复合绝缘子串长除以玻璃绝缘子单片高度，片高取146mm)的风压值的40%。

(2) 间隙圆设计

直线塔按照单、双联“I”型悬垂绝缘子串规划塔头，分别绘制间隙圆图。双联串的允许摇摆角所对应的摇摆角系数Kv值应满足规划要求。

绘制塔头间隙圆图时，应考虑塔头宽度的影响，在子导线的下导线处考虑小弧垂引起的垂直下偏量和水平偏量，然后在此基础上绘制间隙圆。

注：当横担末梢宽度为3米、悬垂角为15o时，小弧垂为3000/2×tan15o =400mm；当横担末梢宽度为3米、悬垂角为25o时，小弧垂为3000/2×tan25o =700mm。

间隙圆内应包含结构裕度，结构裕度取150mm～200mm。

耐张塔塔头正面图的外角侧绘制装设跳线串情况的间隙圆，内角侧绘制不装设跳线串情况的间隙圆；一般耐张串长度取可能用到的最短长度；当转角度数过大，带电部分对横担的间隙不够时，应考虑增加耐张串长度(一般增加绝缘子片数)后，带电部分对塔身的间隙仍满足要求。

在校验塔头正面间隙时，跳线串偏角一般按20°考虑。跳线(包括跳线子导线)对塔身的电气距离在俯视图中的投影满足：1.9m左右 (耐张塔正面外角侧跳线串对塔身侧再预留200mm，内角侧再预留200mm) ；

在设计单回路杆塔时，应考虑带电部分对主材侧面和导线横担下表面的电气距离满足带电作业间隙；在设计双回线路杆塔时，应考虑带电部分对主材侧面、本层导线横担下表面和下层横担上表面的电气距离满足带电作业间隙；除本层导线横担下表面外，以上部位均考虑0.5m人体活动范围。

（十三）、导、地线换位及换相问题

满足GB50545-2010规程要求，一般采用在耐张塔上换位，全循环换位，可参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P152-P156中论述，目前有单回路换位塔及双回路换位塔。一般集电线路不涉及到换位及换相问题。

（十四）、线路接地问题

参考《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》P136-P151中论述。 （十五）、电气、结构专业的接口问题

线路电气专业需向线路结构专业提资的种类有：杆塔设计提资（间隙圆、电气外负荷）、终勘定位提资（塔型、呼高、使用条件等）。

（十六）、杆塔定位后的校验问题

所有校验均应根据《电力工程高压送电线路设计手册（第二版）》来做，设计院有通用程序，东北电力设计院曾经公开发过送电线路电气校验的相关程序。

（十七）、线路勘测提资

施工图阶段地勘专业需要向线路电气专业提资有：各塔位土壤电阻率、沿线地质情况描述、特殊地段勘测、线路不良地质情况；具体如下：线路沿线岩土工程条件、地形地貌、地基岩土构成及特征、地震动参数、地形下水、不良地质作用、线路沿线矿产分布及开采情况，岩土层主要物理力学指标、人工挖孔桩、掏挖基础适用的岩土参数标准值、岩土层放坡率允许值，建议适当的基础型式、对塔基稳定措施提出设计方案，对高陡边坡进行处理。对基础开挖、弃土堆放等基础施工提出建议及措施等等。

施工图阶段测量专业需要进行的工作有：线路电气专业向测量专业提供路径图，在现场勘测时应进行选线测量、定线测量、断面测量、定位测量；测量专业向线路电气专业提资为断面图、向线路结构专业提资为塔基地形图；

水文专业要向线路电气专业的提资是水文气象报告，主要内容包括： 1、水文分析计算：设计洪水位、通航水文条件、河流岸滩立塔水文条件； 2、气象分析计算：设计风速、设计冰厚（如有）、常规气象特征值统计。

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